LuK Lopputentti - Mikrobiologia

Mikrobilääkkeet ja resistenssi

Mikrobilääkkeet ovat mikrobeja tappavia tai kasvua estäviä lääkeaineita. Niiden tulee olla toksisia patogeeneille, mutta ei toksisia isännälle. Tämän takia ne kohdistuvat patogeenin ja isännän biokemiallisiin eroihin. Niiden tärkeimmät vaikutuksmekanismit ovat soluseinän synteesin esto, proteiinisynteesin esto ribosomeissa, DNA:n tai RNA:n synteesin esto sekä foolihapposynteesin esto.

Mikrobilääkkeitä on useita erilaisia. Kapeakirjoiset mikrobilääkkeet vaikuttavat vain tiettyyn mikrobiryhmään, kun taas laajakirjoiset mikrobilääkkeet vaikuttavat laajaan mikrobiryhmään. Mikrobistaattiset mikrobilääkkeet estävät mikrobien kasvua ja mikdobisidiset mikrobilääkkeet tappavat mikrobeja.

Mikrobilääkeresistentti tarkoittaa sitä, että mikrobilla on kyky selvitä mikrobilääkkeistä huolimatta. Se voi syntyä kolmella mekanismilla:

1. Kohderakenne muuttuu

2. Mikrobi hajottaa tai muokkaa lääkeaineen

3. Lääke ei pääse kohteeseen tai se pumpataan ulos

Resistenssigeenit voivat levitä plasmidien ja horisontaalisen geenisiirron avulla

Fermentaatiot (Käymisreaktiot)

Fermentaatio on aineenvaihduntaprosessi, jossa solu tuottaa energiaa ilman ulkopuolista hapetinta, yleensä siten että ravintomolekyylin toinen pää hapettuu toisen kustannuksella. Fermentaatioita on useita erilaisia:

1. Alkoholikäymisessä puryvaatti dekarboksyloidaan asetaldehydiksi, joka pelkistetään etanoliksi alkoholihydrogenaasin avulla. Sitä tekevät monet sienet ja eräät bakteerit, levät ja alkueläimet

2. Maitohappokäymisessä puryvaatti pelkistetään maitohapoiksi. Homolaktisessa fermentaatiossa syntyy maitohappoa ja heterolaktisessa syntyy laktaasin lisäksi etanolia sekä hiilidioksidia

3. Muurahaishappokäymisessä puryvaatti muutetaan muurahaishapoksi ja asetyyli-CoA:ksi. Asetyyli-CoA:sta tuotetaan etikkahappoa tai etanolia. Muurahaishappomolekyyli voidaan halkaista hiilidioksidiksi ja vedyksi. Muurahaishappokäymistä käyttävät bakteerit

4. Sekahappokäymisessä syntyy etanolia ja monimutkainen seos etikka-, maito-, meripihka- ja muurahaishappoa

5. Butaanidiolikäymisessä syntyy asetoniinin kautta 2,3-butaanidiolia sekä etanolia

Mikrobien patogeenisuus

Mikrobien patogeenisuus tarkoittaa kykyä aiheuttaa tautia isännässä. Primääripatogeeni on patogeeni, jonka ensisijainen elämäntapa on parasiittinen eli taudinaiheuttaminen. Oportunistinen patogeeni on patogeeni, joka kuuluu normaaliflooraan, mutta isännän heikentyessä siitä voi tulla patogeeni.

Virulenssitekijät ovat geenejä tai geenituotteita, jotka tekevät bakteerin patogeeniseksi. Virulenssitekijät ovat yleensä säädelty niin, että bakteeri ekspressoi niitä vasta isännässä, lämpötilan ollessa niille suotuisa. Ne periytyvät liikkuvalla geneettisellä elementillä, joka voi siirtyä lajista toiseen (plasmidit, transposonit, temperaatit ja bakteriofagit)

Bakteerien toksiinit voidaan jakaa eksotoksiineihin ja endotoksiineihin. Eksotoksiinit ovat bakteerin erittämiä proteiineja, jotka voivat esim. estää proteiinisynteesiä tai hermoston toimintaa. Endotoksiinit ovat gram-negatiivisten bakteerien ulkokalvojen lipopolysakkarideja. Ne eivät tuhoudu steriloitaessa ja voivat aiheuttaa kuumetta, tulehdusta tai shokkia.

Bakteeri-infektio alkaa sillä, että bakteeri pääsee isäntään, jossa se tarttuu ja kolonisoi. Tätä seuraa invaasio ja patogeenin lisääntyminen sekä leviäminen isännässä.

Prokaryoottisolun rakenne

Prokaryoottisolu on pieni, yleensä yksisoluinen solutyyppi, jolla ei ole kalvolla ympäröityä tumaa eikä kalvorajaisia soluelimiä. Sen perusrakenne koostuu solukalvosta, sytoplasmasta, nulkeoidissa olevasta DNA:sta ja ribosomeista. Useimmilla on lisäksi vielä soluseinä.

• Solukalvo eristää solun ympäristöstä, säätelee aineiden kuljetusta ja sisältää usein hengitysketjun entsyymejä

• Sytoplasma/sytosoli on vesipitoinen ympäristö, jossa ribosomit, DNA, entsyymit ja vasta-aineet sijaitsevat

• Nukleoidi sisältää yhden rengasmaisen, kaksijuosteisen kromosomin

• 70s-ribosomit tekevät proteiinisynteesin

• Plasmidit ovat pieniä rengasmaisia DNA-molekyylejä, jotka voivat kantaa esim. antibioottiresistenssi- tai konjugaatiogeenejä. Plasmidit ovat sytoplasmassa erillään kromosomista

Monilla bakteereilla on soluseinän ulkopuolella kapseli tai limakerros, mitkä auttavat kiinnittymään pinnoille, suojaamaan kuivumiselta ja voi suojata patogeeniä fagosytoosilta sekä immuunipuolustukselta. Lisäksi prokaryoottisoluilla voi olla flagelloja, pillejä tai fimbrioita. Flagella on pitkä, pyörivä proteiinirakenne, joka mahdollistaa liikkeen nestemäisessä ympäristössä. Pilit ja fimbriat ovat ohuita proteiinisäikeitä, jotka auttavat kiinnittymisessä pinnoille ja muihin soluihin. Eräät pilit, esim. F-pilus, osallistuvat bakteerien konjugaatioon ja DNA:n siirtoon

Mikrobien kasvu yhteisöinä

Mikrobit elävät sekaviljelminä ja niissä eri lajit voivat kilpailla keskenään tai muodostaa mikrobiyhteisöjä. Pintoihin tarttuneet mikrobit muodostavat biofilmejä, jolloin mikrobit muodostavat limamaisen kerroksen, jossa on mikrobeja ja niiden erittämiä polymeerejä. Biofilmi suojaa siinä eläviä mikrobeja ulkopuolisilta tekijöiltä. Quorum sensingiin kuuluu, että mikrobit muuttavat toimintaansa, kun niitä on jossain paikassa tiettyä tiheyttä enemmän, jolloin ne saattavat esim. alkaa tuottamaan jotakin antibioottia. Ne saattavat myös tehdä metabolista yhteistyötä, jossa yhteisön eri lajit voivat hyödyntää toistensa aineenvaihduntatuotteita. Esim. yhden lajin tuottama kuona-aine tai sivutuote voi toimia toisen lajin ensisijaisena ravinnonlähteenä